全面的环境测试为thomson电动推杆带来性能优势

作者:汤姆森Thomaon 日期:19/10/29 11:32 浏览:44

作为增强性能和降低运营成本的一种方法,车载电子设备的出现促进了机电动推杆在充满挑战的户外应用中的普及。但是,要实现这些优势,就需要采取特殊措施来保护组件免受这些潜在的恶劣环境的影响。在本文中,我们着眼于机电执行器的主要环境威胁,测试执行器承受这些威胁的能力的过程以及提供此功能的设计特征。


在需要提升,降低,推动,拉动,旋转或定位负载的室外应用中,机电线性致动器可以提供出色的替代,以替代气动和液压致动器。电动推杆广泛应用于农业,建筑,娱乐,海洋,工业甚至住宅自动化领域。在各个操作点上,这些系统可能会受到固体,液体,极端温度,冲击,振动,腐蚀,电瞬变和电磁干扰的攻击。围绕每种类型的威胁,越来越多的标准测试方法应运而生,设计人员正在构建有助于满足这些标准的新保护措施。


Actuator1 (1)


新型Thomson Electrak HD电动推杆专为要求在固态,液体,极端温度,冲击,振动,腐蚀和电磁干扰方面具有最大可用抵抗力的移动非公路车辆应用而设计。


防止固体和液体进入

对于电动执行器而言,最大的环境威胁之一是灰尘和污垢等固体物质和液体的浸入。在室外应用中,这可能包括雨,雨夹雪和大雪,再到在野外或建筑工地工作一整天后要进行高温高压冲洗的一切。衡量防止固体和液体进入的保护措施的全球标准是国际保护标记或IP代码。IP评级系统的开发旨在指定外壳提供的环境保护程度,以防止可能影响性能的异物进入。工业执行器使用IP等级系统来确定特定应用中生存所必需的环境保护程度。


IP等级由两个数字组成(表1)。第一个数字表示对固体的抵抗力,第二个数字表示对液体的抵抗力。例如,IP等级为00表示没有保护措施以防固体或液体。IP等级11意味着可以防止大于50mm的物体进入,并免受雨淋或凝结。IP等级66意味着可以防止尘粒大小的颗粒渗透,并且可以防止来自任何方向的高压水射流进入。


表1:外壳的防护等级(国际电工委员会[IEC] 60529)。



 第一位数:
 固体物体的进入
 第二位数:
 液体进入
0 没有保护 没有保护
1 防止超过50mm的固体物体(例如手,大型工具) 防止垂直落下的水滴或冷凝水
2 防止超过12.5mm的固体物体(例如手,大型工具) 如果外壳与竖直方向的角度最大为15°,则可以  防止水滴掉落
3 防止超过2.5mm的固体物体(例如电线,小型工具) 即使外壳与垂直方向的最大角度为60°,也可以  防止从任何方向喷水
4 防止超过1.0mm的固体物体(例如电线) 防止从任何方向飞溅的水
5 防尘作用有限(无有害沉积物) 防止来自任何方向的低压喷水。允许有限的进入
6 完全防止灰尘进入。 防止来自任何方向的高压喷水。允许有限的进入
7 不适用 防止短时间浸入水中
8 不适用 防止长时间,持久地浸入水中
9K 不适用 防止近距离,高压,高温喷射


对于多尘应用,IP54是要考虑的最低等级。对于灰尘较多的应用,例如涉及木屑,纸张或纸板颗粒的应用,IP65可能更合适。IP65等级的设备也可以处理一些湿气,但是如果预计在大雨中运行,则IP66等级更合适。如果执行器可能浸入水中,则IP67等级将更好。如果执行器必须承受高压,高温冲洗过程,则IP69K最合适。例如,在越来越多使用高压清洗设备的农业设备和建筑应用中,满足与IP69K相关的要求变得越来越重要。

要测试系统的防水性,专家将参考已发布的有关每个额定值的水的体积,压力,温度和距离的测试规范,并在遵循该规范的所有三个平面上淹没执行器。为了测试耐高压冲洗的能力,他们可能会在所有平面上将其暴露在100 bar(1450 psi)的0.1至0.15米距离处。每次测试后,专家将拆卸执行器以寻找进水的证据。

这类标准测试通常在静态系统上进行,但是当执行器处于动态运行或运动状态时,通过观察IP测试条件下的性能可以提高可靠性。因此,重要的是要知道静态执行器不仅可以承受压力冲洗,而且在雨中室外操作时也能得到很好的保护。例如,在密封不充分的执行器中,由于延长管在运动,内部压力可能会发生变化,从而使其像注射器一样起作用,将雨水吸入。这可能会损坏电子设备并损坏设备。此漏洞不会在静态测试中显示,但会在动态测试中显示。

达到更高的IP等级主要是密封策略的功能。每个部件都应密封,包括电机安装座。刮水器,密封件和垫圈是成功达到IP等级所不可或缺的。在操作过程中,刮水器清除了延长管上的污染物,这是防止进水的第一道防线。密封件支撑刮水器以完成保护。垫圈在外壳,盖管,电机和后部安装组件之间提供密封。


Actuator2Actuator3

图2:新型Thomson Electrak HD电动推杆的IP69K等级部分来自电缆连接器中的密封件和垫圈。

图3:加长管刮水器和外壳垫片可保护Thomson Electrak HD执行机构和机载电子设备免受污染物和水的侵入。

 

防止极端温度:

近年来,已经出现了扩大许多户外应用的工作温度范围的趋势。从-40 °F(-40 ° C)到185 ° F(85 ° C)的温度是农业和工程车辆应用的新标准。该标准的低端确保了在最冷的气候下的性能。较高的温度范围不仅可以确保在地球上最温暖的气候下运行,而且还可以为系统设计人员提供安装灵活性,例如在发动机舱内或附近。


EN60068-2-1和EN60068-2-2是应用最广泛的温度测试标准之一。洲标准 (EN)正在由三个欧洲标准 组织之一CEN,CENELEC或ETSI  批准  。要通过低温操作测试,设备必须在-40 °F(-40 ° C)的温度下均热,并在额定负载下运行96小时。同样,要通过高温操作测试,设备必须在额定负载下运行72小时,同时在185 ° F(85°C)。一些制造商可能会根据市场需求选择超过测试的小时数。例如,汤姆森(Thomson)测试的时间是96小时而不是72小时,以进一步确保在极端温度水平下的安全操作。


执行器还必须能够在安装在高温场所并被冷水泼溅时可能发生的急剧的温度变化之后通过此类测试。其他条件可能包括在满负载和占空比下运行,并用冷水冲洗。另一个极端的例子是将致动器安装在寒冷气候下使用的建筑设备上,并在一天结束时用高温水进行压力清洗,尤其是如果不使用致动器并将其冷浸的话。


除了要求环境保护之外,车载电子设备的集成还有助于防止极端温度。传统上,在电动机内部设有热断路器来提供过热保护,而该保护现在已嵌入电路板中。电路板上的热保护可防止电动机和电路板过热,并允许执行器在关闭前完成行程。如果发生过热,电动机上的传统断路器会在行程中的任何位置停止执行器。电子器件还包括低温热补偿功能,使执行机构可以在低温下汲取更高的电流,而不会造成误跳闸.


保护免受操作冲击

最新的冲击测试曲线涵盖了外壳,结构螺栓以及产品中包含的所有印刷电路组件/传感器。在EN60068-2-27测试标准的指导下,操作冲击测试涉及100次操作,每个操作400 m /s²,持续时间为6 ms,该冲击脉冲应在三个相互垂直的轴中的每一个上重复进行。

EN60068-2-32定义了跌落冲击测试。它详细说明了将设备从1000mm平台在每个轴的两个方向上掉落到钢或混凝土地板上的过程,并重复该过程至少六次。


防止随机振动

除能够承受热冲击外,非公路用设备还必须能够在持续振动中有效地发挥作用。运行通常针对OEM的测试协议,以确保电动推杆够承受具有挑战性的振动曲线。


在未供电或未操作且未安装且在振动设备上进行测试的情况下,按照表2所示的功率谱密度水平进行指导。被测Thomson电动推杆应延伸行程长度的一半,并在三个正交轴上分别进行24小时的测试。


频率范围PSD(m / s 22 /赫兹
101.44
1003.85
10003.85
20000.96


表2:各种功率谱密度水平下的可接受频率。

印刷电路板上的较大组件通过机械方式固定在板上,并在高冲击或振动环境下进行了缓冲。在高振动或冲击情况下,这些组件通常会在没有附加支撑的情况下发生故障。


防腐蚀

在与运输或其他海上作业相关的许多非公路应用中,盐水浸泡和盐雾可能是腐蚀的主要来源。ASTM B117-11为盐水,它说,测试标准一个设备应当能够承受一定数量的盐雾的小时,并在没有入口的盐雾试验结束运作。测试设备的制造商应根据其特定的市场需求确定测试的持续时间。例如,汤姆森(Thomson)将其线性电动执行器测试到500小时。


其他常见的腐蚀源包括碳氢化合物,尿素和化肥。ISO 15003是耐化学性应用最广泛的标准之一,它为移动农业机械,林业机械,园林绿化和园艺机械中使用的电气设备制造商提供了设计要求和指南。它提供了针对特定环境条件的测试协议,并定义了典型操作期间可能发生的极端环境条件的严重性级别。


耐化学性测试要求能够承受三天的运行时间,该操作要在被测组件的制造商根据其特定的市场需求定义的一系列化学浓度中进行。以下是Thomson用于农场和建筑设备上常用的电动执行器的示例:

柴油– 100%

液压油– 100%

刹车油– 100%

乙二醇– 50%水溶液

尿素氮–饱和溶液

Ñ PK肥料* 9(7.5%每N,P,K) -饱和溶液

适用于耐腐蚀性的其他标准,特别是柴油机排气液(DEF),是DIN 70070-05,AUS 32,ISO 22241-1。


防止电压变化

电池电量不足,调压器故障,接线时间长,接线连接腐蚀和接地不良可能导致电压变化。最新的电动线性执行器,例如Thomson Electrak HD电动推杆,经过严格测试,可承受其设计所能承受的电压水平以及电压尖峰,极性反转和短路。


为了确保电动推杆能够接受其最小和最大工作电压水平而不会造成损坏,进行测试需要证明其可以在指定的时间内承受规定的电压量。例如,一个12V DC执行器应能够在9V DC和16V DC之间运行五分钟。额定为24V DC的执行器应能够在18V DC和32V DC之间工作五分钟。重要的是要注意,这些只是在最终限制下运行的测试。设备还必须在这些值之间无限期工作(表3)。


-直流12V直流24V
低电压9V DC直流18V
高压直流16V直流32V
持续时间5分钟5分钟


表3:可接受的工作电压范围。

为确保电动推杆可以处理意外的工作电压尖峰而不会造成损坏,应测试12V直流执行器以在5分钟内处理26V DC的尖峰。同样,应测试24V DC执行器以处理36V DC 5分钟(表4)。


-直流12V直流24V
高压直流26V直流36V
持续时间5分钟5分钟


表4:可接受的过电压操作。

为了确保电动推杆能够承受极性反转的影响,一个12V直流电动推杆应能够承受负26V直流电压持续5分钟,而在24V直流时,执行器应能够承受负36V直流电压5分钟(表5)。


-直流12V直流24V
高压-26V直流-36V直流
持续时间5分钟5分钟


表5:可接受的极性反转范围。

短路和静电放电(ESD)可能会导致室外操作中的损坏。ASAE EP455测试标准涵盖短路测试,而ISO 10605提供ESD测试程序。 


防止电磁干扰和瞬变浪涌

印刷电路板会受到来自各种来源的电磁干扰(EMI)和瞬态浪涌的影响。ISO 13766和ISO 7637-2是最重要的标准,为EMI和电气瞬变提供了测试指南。它们提供了以下测试协议:

  • 传导辐射 -ISO 13766(EMI / EMC测试)

  • 辐射 -ISO 13766(EMI / EMC测试)

  • 电磁抗扰性 -ISO 13766(EMI / EMC测试)

  • 感性负载开关 -ISO 7637-2(电瞬态)

  • 启动 -ISO 7637-2(电子瞬态)

  • 甩负荷 -ISO 7637-2(电子瞬态)

  • 正电感瞬态测试 -ISO 7637-2(电瞬态)

  • 正负耦合测试 -ISO 7637-2(电瞬态)


信心十足

尽管没有任何测试协议可以保证100%免受所有可能的环境侵害,但以上建议的措施是根据最严格的OEM要求和领先行业组织制定的相关测试协议共同制定的。对这些标准的遵守程度越高,则对机电执行器的保护作用就越强。

此外,除了寻求符合公司和行业定义的标准外,还寻求以下设计功能,这些功能支持环境保护和标准合规性:

  • 组件的整体配合

  • 全面密封所有组件,包括电机和导线

  • 增强的雨刮器设计

  • 不锈钢延长管

  • 坚固的锌外壳,带电子涂层

  • 硬质阳极氧化铝盖管

  • 防振电子设备,例如印刷电路板和电位计


认真关注标准和相关的设计功能将有助于促进合规性,提高设计过程的灵活性,并使您确信您正在尽一切可能确保对元素进行安全可靠的保护。

 



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